Java設(shè)計(jì)模式之享元模式

更新時(shí)間：2022年10月11日 09:08:07 作者：tianClassmate

這篇文章介紹了Java設(shè)計(jì)模式之享元模式，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

本文通過(guò)優(yōu)化買(mǎi)票的重復(fù)流程來(lái)說(shuō)明享元模式，為了加深對(duì)該模式的理解，會(huì)以String和基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的包裝類(lèi)對(duì)該模式的設(shè)計(jì)進(jìn)一步說(shuō)明。

讀者可以拉取完整代碼到本地進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)代碼均測(cè)試通過(guò)后上傳到碼云，本地源碼下載。

一、引出問(wèn)題

鑒于小王之前的優(yōu)質(zhì)表現(xiàn)，老王決定帶小王出去旅游一下，但在火車(chē)站買(mǎi)票時(shí)卻陷于了長(zhǎng)長(zhǎng)的隊(duì)伍。

老王注意到，每次售票員賣(mài)票時(shí)都重新走一遍賣(mài)票的所有流程，很明顯，如果始發(fā)地和目的地如果一樣的成人票和兒童票是可以復(fù)用流程的，如果復(fù)用的話(huà)就可以大大提高賣(mài)票效率。

二、概念和使用

上面所說(shuō)的復(fù)用流程實(shí)際上就是享元模式的設(shè)計(jì)思想，它是構(gòu)造型設(shè)計(jì)模式之一，它通過(guò)共享數(shù)據(jù)使得相同對(duì)象在內(nèi)存中僅創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，以降低系統(tǒng)創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例的性能消耗。

享元模式包含三個(gè)角色：

（1）抽象享元Flyweight類(lèi)：享元對(duì)象抽象基類(lèi)或接口。

（2）具體享元ConcreteFlyweight類(lèi)：實(shí)現(xiàn)抽象享元類(lèi)。

（3）享元工ctory類(lèi)：廠FlyweightFa享元模式的核心模塊，負(fù)責(zé)管理享元對(duì)象池、創(chuàng)建享元對(duì)象，保證享元對(duì)象可以被系統(tǒng)適當(dāng)?shù)毓蚕怼?/p>

當(dāng)一個(gè)客戶(hù)端對(duì)象調(diào)用一個(gè)享元對(duì)象的時(shí)候，享元工廠角色會(huì)檢查系統(tǒng)中是否已經(jīng)有一個(gè)符合要求的享元對(duì)象，如果已有，享元工廠角色就提供這個(gè)已有的享元對(duì)象；如果沒(méi)有就創(chuàng)建一個(gè)。

老王基于享元模式開(kāi)發(fā)了一套賣(mài)票系統(tǒng)，如果起點(diǎn)和終點(diǎn)一樣，成人票和兒童票就可以復(fù)用一套流程。

抽象享元類(lèi)：

/**
 * 抽象享元類(lèi)
 */
public interface Ticket {
    //顯示票價(jià)，參數(shù)為列車(chē)類(lèi)型
    public void showPrice(String type);

}

具體享元實(shí)現(xiàn)類(lèi)：

/**
 * 享元實(shí)現(xiàn)類(lèi)
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class ConcreteTicket implements Ticket{

    String from;
    String to;
    public ConcreteTicket(String from,String to){
        this.from = from;
        this.to = to;
    }

    @Override
    public void showPrice(String type) {
        if(type.equals("adult")){
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的成人票價(jià)為200元");
        }else{
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的兒童票價(jià)為100元");
        }

    }
}

享元工廠類(lèi)：

/**
 * 享元工廠
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class TicketFactory {

    static Map<String,Ticket> map= new ConcurrentHashMap< String,Ticket >();

    public static Ticket getTicket(String from,String to){
        String key = from+to;
        if(map.containsKey(key)){
            System.out.println("使用緩存"+key);
            return map.get(key);
        }else{
            System.out.println("創(chuàng)建對(duì)象"+key);
            Ticket ticket = new ConcreteTicket(from,to);
            map.put(key, ticket);
            return ticket;
        }
    }

}

客戶(hù)端調(diào)用：

/**
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //使用時(shí)
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("adult");
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("children");
    }
}

上面例子是享元模式實(shí)現(xiàn)的典型案例。核心其實(shí)就是享元工廠類(lèi)，享元工廠類(lèi)設(shè)置一個(gè)緩存池，根據(jù)條件判斷是否屬于一個(gè)對(duì)象，如果是一個(gè)對(duì)象就不再重新創(chuàng)建，直接使用緩存池中的。

三、運(yùn)用

1、jdk中的String就是典型的采用的享元模式的思想。

Java中將String類(lèi)定義為final（不可改變的），JVM中字符串一般保存在字符串常量池中，java會(huì)確保一個(gè)字符串在常量池中只有一個(gè)拷貝，這個(gè)字符串常量池在JDK6.0以前是位于常量池中，位于永久代，而在JDK7.0中，JVM將其從永久代拿出來(lái)放置于堆中。

創(chuàng)建一個(gè)字符串有兩種方式，一種是直接String="hello"，另外一種是String s =new String("hello")，第一種是直接在字符串常量池聲明一個(gè)變量，第二種方式除了是一個(gè)堆中的普通對(duì)象以外，還會(huì)在字符串常量池保存一份。

我們經(jīng)常使用的一些基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的包裝類(lèi)實(shí)際上也使用了享元模式。我們以Integer 舉例，其他包裝類(lèi)類(lèi)似。

當(dāng)我們聲明一個(gè)變量時(shí)，使用Integer i1 = 88，編譯器是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的，在這Java上面的一個(gè)概念就叫自動(dòng)裝箱，編譯器會(huì)自動(dòng) 使用valueOf()方法創(chuàng)建一個(gè)Integer對(duì)象并把值賦給該對(duì)象。

查看valueOf()方法，如下：

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

Integer 使用享元模式的核心就在于IntegerCache，它是Integer 的一個(gè)內(nèi)部類(lèi)。

這里的 IntegerCache 相當(dāng)于享元設(shè)計(jì)模式中的享元對(duì)象工廠類(lèi)，既然是享元對(duì)象工廠類(lèi)就一定會(huì)有判定一個(gè)對(duì)象是否一樣的條件。

private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];
    static {
        // high value may be configured by property
        int h = 127;
        String integerCacheHighPropValue =
            sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
        if (integerCacheHighPropValue != null) {
            try {
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127);
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
            } catch( NumberFormatException nfe) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        high = h;
        cache = new Integer[(high - low) + 1];
        int j = low;
        for(int k = 0; k < cache.length; k++)
            cache[k] = new Integer(j++);
        // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
        assert IntegerCache.high >= 127;
    }
    private IntegerCache() {}
}

通過(guò)源碼我們可以看到，IntegerCache 的判定一個(gè)對(duì)象是否是同一個(gè)的判斷標(biāo)準(zhǔn)就是，一個(gè)字節(jié)的大?。?128 到 127 之間的數(shù)據(jù)）都作為一個(gè)對(duì)象。

既然說(shuō)到了自動(dòng)裝箱，那相對(duì)應(yīng)的也一定會(huì)有自動(dòng)拆箱。

當(dāng)把包裝器類(lèi)型的變量i1，賦值給基本數(shù)據(jù)類(lèi)型變量 j 的時(shí)候，觸發(fā)自動(dòng)拆箱操作，將 i1中的數(shù)據(jù)取出，賦值給 j，這就是自動(dòng)拆箱的過(guò)程。

其他包裝器類(lèi)型，比如 Long、Short、Byte 等，也都利用了享元模式來(lái)緩存 -128 到 127 之間的數(shù)據(jù)。比如，Long 類(lèi)型對(duì)應(yīng)的 LongCache 享元工廠類(lèi)。